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奥灰顶部注浆改造材料配比优选试验

煤炭科学技术 2024年

作者：樊振丽曹路通张风达尹希文赵秋阳张志巍中煤科工开采研究院有限公司天地科技股份有限公司开采设计事业部煤炭科学研究总院开采研究分院

我国华北型煤田矿井深部承压水上开采前，对奥灰顶部进行注浆改造并封堵导水通道，是降低底板突水风险的有效方法。针对桌子山煤田深部中等～强透水灰岩注浆工程需求，采用正交试验方法对不同配比的粉煤灰-水泥材料基础性能进行了测试... 详细信息

我国华北型煤田矿井深部承压水上开采前，对奥灰顶部进行注浆改造并封堵导水通道，是降低底板突水风险的有效方法。针对桌子山煤田深部中等～强透水灰岩注浆工程需求，采用正交试验方法对不同配比的粉煤灰-水泥材料基础性能进行了测试，分析了水固比、固相比以及温度3个因素对浆液密度、黏度、析水率、结实率、凝结时间和力学强度6项指标的影响规律。试验结果表明：水固比对浆液的6项指标均有相对突出的影响；固相比对浆液的黏度、凝结时间及力学强度有较大影响；温度对浆液性能的影响相对较小。将地面注浆钻孔升压过程分为低压充填、中压扩散、高压裂隙延展加固3个阶段，不同注浆阶段适用的注浆材料配比不同。采用综合平衡法优选，分别得到了适用于不同注浆阶段的3个材料配比方案。将优选的注浆材料配比应用于中等～强透水灰岩注浆改造工作中，工程实践显示浆液能够在地层中有效扩散并充填裂隙，基本上切断了奥灰顶部所揭露的垂向导水通道，降低了工作面突水风险，为奥灰顶部区域性注浆治理工程提供了技术支撑。

关键词：注浆材料正交试验浆液配比水害区域治理底板水害防治

近距离煤层垂向采空区高静储瞬态充水模式与解危技术

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能源与环保 2024年第5期46卷 1-7页

作者：樊振丽曹路通申晨辉邵远洋天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

榆神府矿区侏罗纪煤田垂向层序上赋存多个煤层,当下层煤开采时,面临上部近距离采空区积水威胁,基于垂向采空区充水模式的综合解危技术是下层煤安全回采的关键。通过分析煤层顶板岩性组合、含隔水层以及导水裂缝带发育高度特征,形成了近... 详细信息

榆神府矿区侏罗纪煤田垂向层序上赋存多个煤层,当下层煤开采时,面临上部近距离采空区积水威胁,基于垂向采空区充水模式的综合解危技术是下层煤安全回采的关键。通过分析煤层顶板岩性组合、含隔水层以及导水裂缝带发育高度特征,形成了近距离煤层垂向采空区高静储瞬态充水模式,认为基岩风化带水、火烧区水、第四系萨拉乌苏组松散层潜水以及大气降水是浅层采空区的直接或间接补给水源,在上部煤层采空区中形成较高水位的静储量;近距离煤层下层煤开采时,导水裂缝带沟通上部采空区,高静储积水以瞬间溃入形式进入下层煤回采工作面。针对高静储采空区积水威胁,提出了“近距离煤层充水模型建立—采空区积水范围探测与积水量预计—垂向采空区积水解危—疏控效果评价”4阶段解危模式,形成了解危成功的判别标准,即当钻孔疏放量等于动态补给量时,可认定采空区静储量积水已基本疏放完毕,采空区积水威胁解除。该成果在神木惠宝煤矿成功应用,对类似条件下的矿井具有借鉴意义。

关键词：近距离煤层开采采空区水害导水裂缝带充水模式疏放水

煤应变型冲击破坏尺寸效应声发射特征试验研究

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采矿与岩层控制工程学报 2023年第3期5卷 60-72页

作者：彭相愿高富强原贵阳王烜辉煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

为探究煤冲击破坏过程中的尺寸效应现象,采用自主研发的煤岩冲击破坏试验装置对5种不同尺寸的方形试样开展单轴压缩试验,并重点监测其声发射特征。研究表明:煤的弹性模量随边长尺寸的增加而增加,抗压强度及峰值应变随尺寸的增加而减小,... 详细信息

为探究煤冲击破坏过程中的尺寸效应现象,采用自主研发的煤岩冲击破坏试验装置对5种不同尺寸的方形试样开展单轴压缩试验,并重点监测其声发射特征。研究表明:煤的弹性模量随边长尺寸的增加而增加,抗压强度及峰值应变随尺寸的增加而减小,尺寸较大的试样,在整体冲击破坏发生前会有局部小型冲击破坏的发生;随着边长尺寸的增加,声发射总振铃计数增长速度加快,声发射信号大能量更多在临近破坏阶段,但尺寸增加到300mm时,声发射能量尺寸效应不明显。大尺寸试样的声发射b值会因为局部冲击而产生突降;声发射定位信号反映了试样破坏方式,随着边长尺寸的变大,声发射定位信号愈加分散,试样破坏方式由剪切破坏为主转为张拉破坏为主。

关键词：冲击破坏尺寸效应裂隙扩展声发射单轴压缩

不同冲击倾向性煤体声发射能量特征与时空演化规律研究

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采矿与安全工程学报 2020年第3期37卷 525-532页

作者：杨磊中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

为了弄清声发射与冲击倾向性的关联性,对具有强、弱和无冲击倾向性的煤体开展单轴压缩下的声发射试验,分析了煤体的声发射能量特征与定位事件的时空演化规律。结果表明:强冲击倾向性煤体在受载前期和中期,声发射能率与总能量数均很低,... 详细信息

为了弄清声发射与冲击倾向性的关联性,对具有强、弱和无冲击倾向性的煤体开展单轴压缩下的声发射试验,分析了煤体的声发射能量特征与定位事件的时空演化规律。结果表明:强冲击倾向性煤体在受载前期和中期,声发射能率与总能量数均很低,临近峰值强度时开始急剧增长;弱、无冲击倾向性煤体声发射能量在整个阶段表现较活跃,尤其在受载的中后期,呈阶梯式逐步增长趋势;不同冲击倾向性煤体均在临近破坏时出现大量高能量声发射信号。声发射能率和总能量数趋于活跃可作为煤体破坏的前兆信息,随着冲击倾向性的增强,声发射能量趋于活跃越滞后。声发射空间定位演化结果直观反映了煤体内部声发射源位置与破裂发展状况,其空间分布与聚集位置可对应于煤体内部应力集中与宏观破坏区域;随着煤体冲击倾向性的增强、受载应力水平的增大,声发射定位事件数量逐步增加,临近峰值强度时,声发射定位事件急剧增长。声发射总能量数、定位事件数与冲击倾向性呈正相关关系,从一定程度上揭示了煤体积聚和释放弹性能的能力。

关键词：煤体冲击倾向性声发射能量特征时空演化

深部煤层底板岩体能量演化特征及卸荷劣化破坏机制研究

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采矿与安全工程学报 2023年第2期40卷 346-353页

作者：张风达中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

为研究深部煤炭回采过程中底板岩体能量变化特征及卸荷劣化机制,开展了不同围压卸载速率下岩石力学试验,综合理论分析和实验室试验分析了不同卸载阶段的岩石损伤断裂能量、弹性模量的变化特征。研究表明:卸围压过程中的岩石变形破坏可... 详细信息

为研究深部煤炭回采过程中底板岩体能量变化特征及卸荷劣化机制,开展了不同围压卸载速率下岩石力学试验,综合理论分析和实验室试验分析了不同卸载阶段的岩石损伤断裂能量、弹性模量的变化特征。研究表明:卸围压过程中的岩石变形破坏可划分为围压卸载起始点至失稳破坏、失稳破坏到加速破坏、进入加速破坏3个阶段。在围压卸载起始点至失稳破坏阶段和失稳破坏到加速破坏阶段,相同轴压下,不同围压卸载速率对岩石弹性模量劣化程度产生的影响较小;在围压卸载起始点至失稳破坏阶段,损伤断裂能量消耗较少,但岩石弹性模量劣化程度较为明显;在失稳破坏到加速破坏阶段,弹性模量的劣化程度相比于围压卸载起始点至失稳破坏阶段趋缓,但损伤断裂能量消耗呈现增长变化趋势。在岩石进入加速破坏阶段,卸载速率越快,岩石卸围压过程中释放的损伤断裂能量越大,越易形成宏观贯穿式裂纹,煤层底板突水危险性随之增大。

关键词：卸荷劣化损伤断裂弹性模量能量

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轴向冲击下锚固锚杆变形与应力特征分析

煤炭学报 2022年第10期47卷 3645-3653页

作者：司林坡娄金福杨景贺原贵阳煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

冲击地压因其特有的易发、多发、难防治特征,成为影响煤矿生产最为突出的动力灾害之一,其中以回采巷道冲击地压发生最为显著。冲击地压巷道动力显现过程中,锚杆支护系统往往伴随着一定的动载冲击作用,关于锚杆支护系统在动载冲击作用下... 详细信息

冲击地压因其特有的易发、多发、难防治特征,成为影响煤矿生产最为突出的动力灾害之一,其中以回采巷道冲击地压发生最为显著。冲击地压巷道动力显现过程中,锚杆支护系统往往伴随着一定的动载冲击作用,关于锚杆支护系统在动载冲击作用下的力学响应研究对冲击地压防治具有重要意义。为研究锚杆支护系统中杆体不同位置对冲击载荷的响应规律,选择煤矿常用的500号左旋无纵肋螺纹钢锚杆,沿锚杆轴向不同位置粘贴应变片,利用锚杆力学性能综合试验台对支护单元施加轴向冲击载荷,分别采用激光位移传感器和动态应变仪采集锚杆杆体及不同位置变形数据,分析杆体变形规律及时序特征;利用LS-DYNA数值分析软件再现轴向冲击载荷下锚杆受载变形过程,分析锚杆不同位置的应力和变形特征。结果表明:①在171 kN初始拉伸载荷状态下,10 kJ轴向冲击能量使锚杆端部载荷瞬时增加至438 kN,此后处于振荡衰减状态,衰减速度逐渐增大。②10 kJ轴向冲击能量导致锚杆在30 ms内振荡拉伸和收缩,并最终产生28.39 mm的拉伸塑性变形。③锚杆杆体不同位置的变形受应力波的界面反射效应影响较大,塑性变形大部分产生在锚杆自由段,且距离锚固段与自由段分界面越近杆体塑性变形量越大。④锚杆不同位置对冲击载荷响应具有时序性,拉伸和收缩变形均由杆尾向锚固端头依次响应。⑤锚固作用可有效约束锚杆变形,吸收冲击产生的应力波,随着锚固深度加大,锚杆应力和变形响应幅值显著减小。

关键词：轴向冲击全尺寸锚杆力学响应数值模拟变形特征

软岩巷道大变形双主动超前爆破预裂顶板防控技术

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煤炭学报 2020年第S2期45卷 589-598页

作者：高晓进李煜炜张振金张震于海涛黄志增岳春辉天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 内蒙古平庄能源股份有限公司内蒙古赤峰024076 内蒙古伊泰集团有限公司内蒙古鄂尔多斯017000

为了解决软岩采场终采线附近大巷受工作面回采应力长时高压作用引起的巷道围岩结构大变形问题,以风水沟煤矿软岩地质条件为工程背景,从力源传递角度出发,提出了顶板深部围岩双主动超前深孔预裂爆破卸压原理,建立了爆破裂隙带构造应力场... 详细信息

为了解决软岩采场终采线附近大巷受工作面回采应力长时高压作用引起的巷道围岩结构大变形问题,以风水沟煤矿软岩地质条件为工程背景,从力源传递角度出发,提出了顶板深部围岩双主动超前深孔预裂爆破卸压原理,建立了爆破裂隙带构造应力场力学模型和终采线附近高位稳定岩层弹性基础连续板力学模型,对比分析了采场超前支承压力和爆破裂隙带构造应力分布特征,研究了顶板深部围岩双主动超前爆破卸压机制。研究得出:风水沟煤矿软岩采场超前支承压力动态演化规律具有动压影响区域广,峰值影响范围大,应力集中程度高的特点;终采线区域顶板深部围岩双主动超前爆破卸压后,爆破裂隙带构造应力场剧烈影响范围减小,应力集中程度降低,顶板下沉量和弯矩明显减小,工作面终采线预裂岩层及时垮落,冒落岩体的碎胀效应有效控制高位稳定岩层的变形以及破坏发展模式;煤柱区爆破裂隙带切断应力传递路径,采场应力环境得到明显优化。在工作面回采结束3个月后,现场监测的大巷围岩垂直应力增量在5%以下,巷道顶底板及两帮的移近量较小。研究结果表明,顶板双主动爆破卸压后形成的裂隙带阻挡了超前支承压力向前传递,降低了巷道围岩应力,减小了大巷变形。

关键词：软岩采场超前支承压力超前卸压爆破裂隙构造应力